變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

聶萬(wàn)芬

摘要：基于電氣自動(dòng)化控制設(shè)備自身的能源消耗居高不下，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能降低其整體能耗，并能提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的整體運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。本文從變頻調(diào)速技術(shù)的概述出發(fā)，分別闡述了變頻調(diào)速技術(shù)的概念、原理、優(yōu)勢(shì)及前景，并分析了變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用作用，深究了變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)單元模型、深度指示器保護(hù)、脈沖優(yōu)化選擇器、超速控制保護(hù)及工業(yè)節(jié)能減耗中的具體應(yīng)用，旨在最大限度發(fā)揮電氣自動(dòng)化控制的最大價(jià)值。

Abstract： Based on the high energy consumption of electrical automation control equipment itself， the application of frequency conversion speed regulation technology can reduce its overall energy consumption， and can improve the overall operation stability of the electrical automation system， and realize the optimal allocation of resources. Starting from the overview of variable frequency speed regulation technology， this article separately elaborates the concept， principle， advantages and prospects of variable frequency speed regulation technology， and analyzes the application function of frequency conversion speed regulation technology in electrical automation control. Unit model， depth indicator protection， pulse optimization selector， overspeed control protection and specific applications in industrial energy saving and consumption reduction are designed to maximize the maximum value of electrical automation control.

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù);電氣自動(dòng)化控制;應(yīng)用分析

Key words： frequency conversion speed regulation technology;electrical automation control;application analysis

中圖分類號(hào)：TP1;F27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）24-0224-02

0? 引言

隨著時(shí)代進(jìn)步，人們的物質(zhì)生活水平不斷提升，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力有著越來(lái)越高的要求，在此背景下，我國(guó)電氣行業(yè)快速發(fā)展，許多電氣設(shè)備和系統(tǒng)都進(jìn)行了相應(yīng)創(chuàng)新優(yōu)化，尤其是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，變頻調(diào)速技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用到石油、機(jī)械等領(lǐng)域，并取得了節(jié)能降耗的成效，為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)及生態(tài)的雙重效益[1]。隨著可持續(xù)發(fā)展理念在我國(guó)提出并開始踐行，變頻調(diào)速技術(shù)的推廣創(chuàng)新已然成為一項(xiàng)勢(shì)在必行的重要工作。

1? 變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 變頻調(diào)速技術(shù)的基本概念? 變頻調(diào)速技術(shù)是我國(guó)非常關(guān)鍵的一種現(xiàn)代技術(shù)，它的主要原理是借助電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源輸入頻率成正比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)設(shè)備的調(diào)控目的。工業(yè)控制領(lǐng)域之前都是采取的直流調(diào)速方式，這種方式雖然有著諸多優(yōu)勢(shì)，比如較強(qiáng)的控制力、低頻的噪聲、穩(wěn)定的可靠性、簡(jiǎn)單的控制電路方法等，但在生產(chǎn)力和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，該調(diào)速方式慢慢暴露出了一定的局限性。直到變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，逐漸取代了直流調(diào)速成為電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主流技術(shù)。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)的原理? 變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理包含功率因數(shù)補(bǔ)償、變頻調(diào)速節(jié)能和軟啟動(dòng)節(jié)能。首先，功率因數(shù)補(bǔ)償是指在功率因數(shù)下降時(shí)，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的有功功率隨之降低，電能耗損增高，設(shè)備效能降低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，而變頻調(diào)速器則能通過調(diào)整功率因數(shù)來(lái)減少無(wú)功損耗。其次，變頻調(diào)速節(jié)能是依據(jù)電機(jī)運(yùn)行原理而來(lái)，在電機(jī)保持一定的運(yùn)行效率時(shí)，通過降低調(diào)節(jié)流量來(lái)下調(diào)轉(zhuǎn)速，這時(shí)功率會(huì)呈現(xiàn)立方比例的降低。軟啟動(dòng)節(jié)能是針對(duì)電氣自動(dòng)化啟動(dòng)是需要5倍額定電流導(dǎo)致電機(jī)設(shè)備使用壽命減少這一問題，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用借助軟啟動(dòng)最大限度降低電機(jī)啟動(dòng)電流，設(shè)備壽命從而得到了延長(zhǎng)[2]。

1.3 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)? 變頻調(diào)速技術(shù)相比之前的直流調(diào)速有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，其一是變頻調(diào)速技術(shù)具有通用性，面對(duì)不同地區(qū)和領(lǐng)域的變頻設(shè)備問題，都能呈現(xiàn)其超強(qiáng)的適應(yīng)性;其二是隨著工藝技術(shù)的創(chuàng)新，各種變頻調(diào)速器的構(gòu)件不斷優(yōu)化增添科技元素，從而增強(qiáng)了變頻調(diào)速器的性能，提高了變頻調(diào)速技術(shù)的效率;其三是變頻調(diào)速技術(shù)的操作比傳統(tǒng)直流變頻技術(shù)更簡(jiǎn)單，它實(shí)現(xiàn)的一體化操作符合工業(yè)電氣自動(dòng)化控制的基本需求。

1.4 變頻調(diào)速技術(shù)的前景? 隨著變頻調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域范圍在不斷擴(kuò)張，不僅大量應(yīng)用到工業(yè)企業(yè)，而且涵蓋了居民的日常生活，這種節(jié)能高新技術(shù)正好契合了當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展理念，被國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究所關(guān)注。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)將在未來(lái)朝著綠色環(huán)保、人工智能、數(shù)字控制等方向發(fā)展，變得更加靈活多變、穩(wěn)定可靠，并為故障檢測(cè)提供更便捷的保障。

2? 變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電氣自動(dòng)化控制的作用

2.1 全面保障電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行? 在工業(yè)生產(chǎn)中，各種電氣設(shè)備的運(yùn)行安全至關(guān)重要，是各項(xiàng)生產(chǎn)工作順利開展以及保質(zhì)保量的基礎(chǔ)，但是基于電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)面臨較多的不確定因素，存在較多的安全隱患，這對(duì)相關(guān)管理人員和操作人員提出了更高的職責(zé)要求，需要針對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行安全問題提出統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)施嚴(yán)格的安全管理[3]。對(duì)此，各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域全面推行了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，旨在對(duì)電器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。變頻調(diào)速技術(shù)則是這一電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的重要技術(shù)，能有效發(fā)揮自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用，從而保障整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 大力推動(dòng)電氣自動(dòng)化技術(shù)升級(jí)? 變頻調(diào)速技術(shù)作為電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的重要組成部分，隨著該技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，它將電氣自動(dòng)化控制水平提升到一個(gè)新的階段，并推動(dòng)了電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展。從工業(yè)生產(chǎn)一線來(lái)看，變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)一線生產(chǎn)操作人員對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行全方位監(jiān)測(cè)管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行故障并加以排除，保障整個(gè)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。另外變頻調(diào)速技術(shù)能有效降低設(shè)備損耗，減少資源的浪費(fèi)，滿足節(jié)能減排的工業(yè)生產(chǎn)要求。所以，變頻調(diào)速技術(shù)被越來(lái)越多地推廣應(yīng)用到電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中。

2.3 減少電氣設(shè)備的工作隱患? 通過變頻調(diào)速技術(shù)工作原理不難看出，變頻調(diào)速技術(shù)能借助電源頻率的改變，來(lái)控制調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此同時(shí)，變頻調(diào)速技術(shù)還能全面調(diào)控電機(jī)和電源。比如生產(chǎn)操作人員能借助變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而通過電流大小的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，縮小誤差范圍，減少工業(yè)電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中存在的安全隱患，提高電氣設(shè)備的作業(yè)質(zhì)量。所以，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)能借助變頻調(diào)速技術(shù)，來(lái)保證電氣設(shè)備的平穩(wěn)工作效果，目前被廣泛應(yīng)用的變頻器和節(jié)能變頻器正是變頻調(diào)速技術(shù)的最佳體現(xiàn)。

3? 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的具體應(yīng)用分析

3.1 變頻調(diào)速技術(shù)在深度指示器保護(hù)中的應(yīng)用? 深度指示器主要負(fù)責(zé)維護(hù)整個(gè)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，是工業(yè)電氣設(shè)備中不可缺少的組成部分，一旦深度指示器出現(xiàn)了問題，其他設(shè)備的保護(hù)裝置將會(huì)隨之失效，各種危險(xiǎn)信號(hào)將不能被及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出來(lái)，從而影響電氣設(shè)備的正常生產(chǎn)運(yùn)行。鑒于此，想要降低深度指示器的故障頻率，需要在深度指示器的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行失效保護(hù)模式或裝置的設(shè)置，從而保證深度指示器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。而對(duì)深度指示器的保護(hù)正是借助變頻調(diào)速技術(shù)的有效應(yīng)用，在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，記錄編碼采集的脈沖數(shù)信號(hào)，如果這些數(shù)據(jù)信息沒有發(fā)生明顯變化，則可以判定深度指示器沒有進(jìn)行正常工作，也沒能發(fā)揮自身的保護(hù)作用，這也就提醒工作人員需要對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行檢查，及時(shí)解除異常恢復(fù)深度指示器的運(yùn)行[4]。

3.2 變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)單元模型中的應(yīng)用? 電機(jī)單元模型對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)非常重要，變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)單元模型中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)電壓電流參數(shù)的準(zhǔn)確判斷，同時(shí)進(jìn)行電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息的采集，以此保障自動(dòng)化系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。另外，變頻調(diào)速技術(shù)還能在此基礎(chǔ)上，完成數(shù)據(jù)的及時(shí)傳送和反饋功能。另外，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到電機(jī)單元模型中，能及時(shí)掌控機(jī)電一體化系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的狀態(tài)，根據(jù)情況選擇合適的閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。值得注意的是，想要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)單元模型中發(fā)揮最大實(shí)效，在購(gòu)置變頻器時(shí)需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量甄選。

3.3 變頻調(diào)速技術(shù)在脈沖優(yōu)化選擇器的應(yīng)用? 變頻調(diào)速技術(shù)在脈沖優(yōu)化選擇器中的應(yīng)用，主要是借助芯片來(lái)進(jìn)行信息處理，設(shè)計(jì)相應(yīng)的OFDM調(diào)制信號(hào)源，編寫模塊電路，借此完成各種使用功能。針對(duì)工作人員在操作過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電解電容器容量離散性過高，最終影響到電壓均衡性，甚至整個(gè)電器自動(dòng)化控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題，可以采取并聯(lián)的方式來(lái)阻止相同均壓電阻，或者采取抑制浪涌電流的方式，來(lái)保障電路在運(yùn)行過程中不被燒壞。

3.4 變頻調(diào)速技術(shù)在超速控制保護(hù)中的應(yīng)用? 工業(yè)電氣設(shè)備中非常重要的電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備，一般需要在等速區(qū)間運(yùn)行，其正常運(yùn)行速率是15%以下，如果超過這個(gè)既定速率將有損電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能在電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備速率過高時(shí)，發(fā)出預(yù)警，并減慢變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行速度，隔開設(shè)備安全回路架構(gòu)，甚至自動(dòng)啟動(dòng)緊急制動(dòng)設(shè)備減低運(yùn)行速度[5]。所以，變頻調(diào)速技術(shù)在超速控制保護(hù)中的有效應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)對(duì)等速區(qū)間的超速控制進(jìn)行監(jiān)測(cè)保護(hù)，為了更好發(fā)揮變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，我們建議在設(shè)備運(yùn)行過程中，將控制保護(hù)的速度設(shè)置在10%以下，并確保超速控制系統(tǒng)在正常速率下的穩(wěn)定性能。

3.5 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)節(jié)能降耗中的應(yīng)用? 在傳統(tǒng)直流調(diào)速技術(shù)支持下的電氣設(shè)備，一直存在著高能耗和高負(fù)荷的弊端，不僅會(huì)導(dǎo)致工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的高成本和低效率，還是對(duì)生態(tài)資源環(huán)境的一種嚴(yán)重破壞。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，通過電流優(yōu)化配置，在保障工業(yè)生產(chǎn)需求的同時(shí)提高了電能的最大利用率，有效降低了工業(yè)生產(chǎn)成本、減少了生態(tài)資源的浪費(fèi)、提高了企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)對(duì)節(jié)能降耗的實(shí)際需求。另外，變頻調(diào)速技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行中電能消耗情況，一旦電機(jī)設(shè)備的電壓電流超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，變頻器就會(huì)發(fā)出預(yù)警。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們科學(xué)思想認(rèn)識(shí)的提高，電氣技術(shù)越來(lái)越受到重視，并被越來(lái)越廣泛應(yīng)用到眾多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，隨之產(chǎn)生了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其中變頻調(diào)速技術(shù)作為重要因素成為了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能減耗和保障生產(chǎn)效率都有著積極的促進(jìn)作用。因此，我們需要不斷加大變頻調(diào)速技術(shù)的研究力度，進(jìn)而提升該技術(shù)的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮其在電氣自動(dòng)化控制中的真正價(jià)值，實(shí)現(xiàn)企業(yè)未來(lái)發(fā)展規(guī)劃。

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